TEMA 1 : INTRODUCCIÓN A LA TRANSMISIÓN DIGITAL Y CONCEPTOS BÁSICOS .

1. TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA TRANSMISIÓN DIGITAL Y CONCEPTOS BÁSICOS. Loyo Mora, Eduardo José. C.I: 18.246.759 Narváez Rojas, Carlos Alberto. C.I: 19.095.897 Profesor: Ing. Henry Romero.

2. Conceptos generales de Sistemas de Comunicaciones. Digital vs analógico. Características. Información en formato digital. Representación binaria de señales. Técnicas de modulación digital. Capacidad del canal de transmisión. Multiplexión digital. Perturbaciones en la Transmisión. Codificación de línea. Sumario

3. Mundo analógico y digital: Características La información se puede propagar a través de sistemas de comunicaciones en forma de símbolos que pueden ser analógicos (proporcionales) o bien pueden ser digitales (discretos), debido a la existencia de información digital, existe la necesidad de desarrollar distintas técnicas de modulación que permitan una óptima transmisión de estos datos. Para este propósito existen tanto técnicas de modulación analógica como digital.

4. Modulaciones Analógicas: 1) Modulación de Amplitud 2) Modulación de Frecuencia 3) Modulación de Fase 4) Modulación de Amplitud de Pulsos 5) Modulación de Ancho de Pulsos 6) Modulación de Posición de Pulsos Modulaciones Digitales: 1) Modulación por Conmutación de Amplitud 2) Modulación por Conmutación de Frecuencia 3) Modulación por Conmutación de Fase 4) Modulación 4-PSK, 8-PSK y 16-PSK 5) Modulación 8-QAM y 16-QAM Mundo analógico y digital

5. Cabe destacar que la información analógica como la digital pueden ser codificadas mediante señales analógicas o digitales. Datos digitales, señales analógicas: Los módems convierten los datos digitales en señales analógicas de tal manera que se puedan transmitir a través de líneas analógicas. Entre las técnicas básicas se encuentran: Desplazamiento de amplitud (ASK - AmplitudeShiftKeying) Desplazamiento de frecuencia (FSK - FrequencyShiftKeying) Desplazamiento de fase (PSK - PhaseShiftKeying)

6. Datos analógicos, señales analógicas: Los datos analógicos se modulan mediante una portadora para generar una señal analógica en una banda de frecuencias distinta. Algunas técnicas: Modulación en Amplitud ( AM - AmplitudeModulation) Modulación en Frecuencia ( FM - FrequencyModulation) Modulación en Fase ( PM - PhaseModulation)

7. Datos digitales, señales analógicas: Una situación habitual, la transmisión de datos digitales a través de la red telefónica donde es posible trabajar con frecuencias de voz entre 300 y 3.3khz, no es por ende adecuada para la transmisión de señales digitales. Pero se pueden conectar dispositivos digitales mediante el uso de dispositivos módem (modulador-demulador) que convierten los datos digitales en señales analógicas y viceversa. Algunas técnicas: Desplazamiento de amplitud (ASK) Desplazamiento de frecuencia (FSK) Desplazamiento de fase (PSK)

8. 1) La naturaleza de la modulante y la portadora: La modulante en las comunicaciones digitales es información digital la que se representa en forma binaria, a diferencia de la analógica. 2) Facilidad de generación: en comunicaciones a largas distancia, pueden ser regeneradas por completo en estaciones repetidoras intermedias ya que la información está en el código. 3) Ancho de banda: ocupa un gran ancho de banda en comparación con la señal analógica original, pero disminuye enormemente el ruido y los errores. Comparación entre Analógico y Digital

9. 4) Influencia del ruido: No se acumulan los efectos del ruido gracias a que en cada repetidora se transmite una señal libre de ruido, también una codificación adecuada reduce la interferencia y los efectos del ruido. La atenuación se elimina. 5) Facilidad de multiplexado 6) Gran confiabilidad y estabilidad, aparte de todo eficiente ya que puede reducir la repetición innecesaria de información. 7) Los sistemas digitales utilizan la regeneración de señales, en vez de la amplificación de señales, por lo tanto producen un sistema más resistente al ruido que su contraparte analógica.

10. Un bit es el acrónimo de BinaryDigit (Dígito binario), en los sistemas de comunicación digitales se define la “razón de bits”, que es la razón de cambio en la entrada del modulador y tiene como unidades bits por segundos (bps). Un baudio es una unidad de medida, que es usada en telecomunicaciones, que representa el número de símbolos transmitidos por segundo en una red analógica, en los sistemas de comunicación digitales se define la “razón de baudio”, que es la razón de cambio en la salida del modulador y es igual al recíproco del tiempo de un elemento de señalización de salida. Bits y Baudios

11. Entonces el baudio es el número de cambios de altos/bajos que se hacen en línea de transmisión por segundo. Como tal, describe la cantidad de veces que la línea de transmisión cambia de estado por segundo. Velocidad de transmisión:Es el número de bits transmitidos por segundo cuando se envía un flujo continuo de datos. Bits y Baudios

12. Velocidad de Transmisión Algunos valores de velocidad de transmisión standard son 2400, 4800, 9600, 19200 bps. Ejemplo:Si se tienen símbolos de 4 bits c/u, y deseamos determinar la velocidad de transmisión de un módem de 4800 baudios/seg se hace lo siguiente: 4800 baudios/seg * 4 bits = 19.200 bps

13. Longitud de Onda La longitud de onda de la señal es la distancia que ocupa un ciclo completo de la señal que viaja a una velocidad "v". Donde: c: Constante de la velocidad de la luz (3*10^8 m/s) f: Frecuencia de la señal

14. Longitud de Onda Ejemplo:La profundidad en el océano a la que se detectan las señales electromagnéticas generadas desde aeronaves crece con la longitud de onda. Por tanto, los militares encontraron que usando longitudes de onda muy grandes, correspondientes a 30 Hz, podrían comunicarse con cualquier submarino alrededor del mundo. La longitud de antena es deseable que sea del orden de la mitad de la longitud de onda. ¿Cuál debería ser la longitud típica de las antenas para operar a esas frecuencias?.

15. Espectro y ancho de banda Espectro:Es el margen de frecuencias contenidas en la señal. Existe el discreto y el continuo, conocer el espectro de la señal facilita el análisis de los sistemas de comunicaciones, en especial lo relacionado a su ancho de banda.

16. Espectro y ancho de banda Ancho de banda: a) El ancho de banda de una señal se puede entender como la anchura del espectro de la señal. b) Si se trata del ancho de banda de un canal, el ancho de banda es la gama de frecuencias que dicho canal permite que pasen a través de él sin ser distorsionadas. Se determina como: B = fmayor - fmenor

17. Relación entre ancho de banda y velocidad de transmisión El medio de transmisión limita mucho las componentes de frecuencia a las que puede ir la señal. Entonces el medio solo permite la transmisión de una cierta porción del ancho de banda. En el caso de ondas cuadradas, se pueden simular con ondas senoidales en las que la señal contenga solamente múltiplos impares de la frecuencia fundamental. Cuanto más ancho de banda, mucho más se parecerá la función seno a la onda cuadrada.

18. Relación entre ancho de banda y velocidad de transmisión Siendo que el ancho de banda de una señal está concentrado sobre una frecuencia central, al aumentar esta aumenta al mismo tiempo la velocidad potencial para transmitir la señal. El problema radica en que aumenta el coste de la transmisión pero obteniendo los beneficios de que disminuye la distorsión y la posibilidad de que ocurran errores.

19. Efecto del ancho de banda Para una mejor transmisión de la información digital, es necesario que el ancho de banda sea el suficiente para dejar pasar la mayor cantidad de armónicos posibles de los pulsos digitales

20. Simulación del ancho de banda mediante coeficientes de Fourier

21. Capacidad de información Esta representa el número de símbolos independientes que pueden pasarse, a través de un sistema, en una unidad de tiempo determinado. Como tal, este símbolo fundamental es el bit. A la hora de expresar la capacidad de información es conveniente hacerlo en bits por segundo (bps). En los Laboratorios de Teléfonos Bell, Hartley en 1928 desarrolló una relación que resultó bastante útil, donde englobaba el ancho de banda, la línea de transmisión y la capacidad de información.

22. Capacidad de información Esta es conocida como la Ley de Hartley: I: Es la capacidad del canal de información del sistema B: Es el ancho de banda disponible (Hz) T: Línea de transmisión (s) Con esta ecuación se puede concluir que la capacidad de información es una función lineal del acho de banda (B) y de la línea de transmisión (T), y es directamente proporcional a ambos. Si se llega a cambiar entonces, el B o el T ocurrirá un cambio directamente proporcional en la capacidad de información.

23. Capacidad de información Luego en 1948, Shannonm, relacionó la capacidad de información de un canal de comunicación al ancho de banda y a la relación señal-ruido. Esta relación, mucho más útil que la anterior, es conocida como Límite de Shannon, es como sigue: Donde: I: Capacidad de información (bps) B: Ancho de banda (Hz). S/N: Relación señal a ruido (no posee unidades).

24. Coeficiente Eb/No Es la fracción entre la energía de la señal por bits y la densidad de potencia del ruido por hertzio. Este resulta ser un parámetro más adecuado para determinar las tasas de error y la velocidad de transmisión. Es medido en decibelios. Donde: Eb: Es la energía de señal por bit (Eb = S*Tb = S/R) Siendo S la potencia de señal, Tb el tiempo de un bit, y R vendría siendo bits/seg No: Densidad de potencia de ruido por Hz.

25. En donde se demuestra que: O en otras palabras: Donde K vendría siendo la constante de Boltzmann, cuyo valor es: y T la temperatura absoluta en grados Kelvin

26. Ejemplo: Si el nivel recibido de una señal en un sistema digital es de -151dBw y la temperatura efectiva de ruido en el receptor es de 1500 K. ¿Cuál es el cociente de Eo/No para un enlace que transmite a 2400 bps?

27. La multiplexión es la • transmisión de información proveniente de varias fuentes, a través de un mismo medio de transmisión a diferentes destinos. • (UNIÓN INTERNACIONAL DE TELECOMUNICACIONES). Multiplexión Digital

28. Es más práctico la utilización de sistemas combinados o multiplexores digitales que agrupa un gran número de sistemas individuales de Modulación por Código de Pulsos (PCM) en una sola línea de transmisión, a grandes distancias, donde se necesita una alta capacidad de canal. Multiplexión Digital

29. El objetivo de los multiplexores digitales es combinar un número de flujos de impulsos de entrada, tributarios, en un solo flujo de impulsos de salida, con una velocidad digital bruta que es algo mayor que la suma de las velocidades de los tributarios y viceversa. Multiplexión Digital:Objetivo:

30. Perturbaciones en la Transmisión. 1) Atenuación • 2) Distorsión de retado. 3) RUIDOS.

31. Atenuación: Es la reducción de la densidad de potencia de una onda electromagnética. Tipo de atenuación: Atenuación en el vacio: La que se produce cuando las ondas se propagan por el espacio y tienden a dispersarse. Atenuación por pérdida de absorción: Ocasionada por partículas que pueden absorber energía electromagnética. Ocurre cuando las ondas viajan en la atmósfera terrestre. 1) Atenuación y Distorsión de Atenuación

32. 1) Atenuación y Distorsión de Atenuación Distorsión de Atenuación: Es la diferencia entre la ganancia del circuito a determinada frecuencia, entre la ganancia correspondiente a una frecuencia de referencia.

33. 2) Distorsión de Retardo de Envolvente • Es un método indirecto para evaluar las características de retardo de un circuito, es decir , evalúa la relación entre la fase y frecuencia de un circuito. • Para que la transmisión de datos no tenga errores se requiere una relación lineal entre la fase y la frecuencia.

34. 3) Ruido Concepto: Es toda energía indeseable presente en la pasabanda útil de un canal de comunicaciones.

35. Tipos de ruido: Ruido correlacionado: es una relación entre la señal y el ruido. Es energía no deseada que se presenta como resultado directo de la señal. Ejemplo: Distorsión armónica y de intermodulación. Ruido no correlacionado: es la energía que hay en ausencia de una señal . Ejemplo: ruido térmico o de Gauss. El cual está presente en forma inherente , en un circuito debido a la estructura eléctrica del mismo. 3) Ruido

36. Los códigos de comunicación de datos son secuencias predeterminadas de BIT que se usan para codificar caracteres y símbolos. Clases de caracteres Caracteres de control de eslabón de datos Caracteres de control gráfico Caracteres alfa/numéricos Códigos de Comunicación de Datos:Concepto

37. 1) Código de Baudot • 5 Bits. 25=32. • Caracteres de paso a figuras. • Caracteres de paso a letras. • 58 caracteres. Códigos de Comunicación de Datos

38. Códigos de Comunicación de Datos Código de Baudot

39. 2) Código ASCII (American Standard Code for Information Interchange) • 7 Bits. 27= 128. • LSB b0. • MSB b6. • b7 BIT de paridad. Códigos de Comunicación de Datos

40. Códigos de Comunicación de DatosCódigo ASCII

41. Códigos de Comunicación de DatosCódigo ASCII

42. 3) Código EBCDIC ( Extended-binary-Coded Decimal Interchange Code) • 8 Bits. 28=256. • LSB b7. • MSB b0. • Sin bit de paridad. Códigos de Comunicación de Datos

43. Códigos de Comunicación de Datos

44. Códigos de Comunicación de Datos

45. Alfabeto de Referencia Internacional (IRA), ó Alfabeto Internacional número 5, (IA5). Código IRA • 7 bits. 27=128 caracteres. 4 grupos. • Bit de paridad. • Detectar errores de un bit.

46. Grupo 1: Control de Formato: 6 caracteres. • Grupo 2: Control de Transmisión: 9 caracteres. • Grupo 3: Separadores de Información: 4 caracteres • Grupo 4: Miscelánea: 15 caracteres Código IRA

47. Código IRA

48. Consiste en convertir niveles lógicos normalizados a una forma más adecuada para su transmisión por línea telefónica. Codificación de línea: Concepto(TOMASY, 2003).

49. Codificación de línea: Concepto(Stallings, 2007). En la señalización digital una fuente de datos g(t), (analógica o digital) se codifica en una señal digital x(t). La forma de onda de x(t) dependerá de la técnica de codificación empleada. Su elección busca optimizar el uso del medio de transmisión; minimizando el ancho de banda o la tasa de errores.

50. Factores para la selección de un formato de codificación de línea.